蘭州市不同天氣可培養(yǎng)微生物氣溶膠特征變化研究

王可君，孫 強，趙 煒

(蘭州交通大學(xué) 環(huán)境與市政工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070)

1 引言

微生物氣溶膠是指含有生物性粒子的氣溶膠，通常細菌、真菌、放線菌、病毒以及致敏花粉、霉菌孢子、蕨類孢子和寄生蟲卵等[1]。人類的一切活動均在微生物氣溶膠的包圍中，其可通過人類的皮膚、呼吸系統(tǒng)進入人體內(nèi)，有可能影響人類的身體健康，對免疫力低的人有可能導(dǎo)致更嚴重的身體健康問題[2,3]。因此，對微生物氣溶膠的研究已成為熱點。目前，按照空氣微生物氣溶膠研究的主要對象和原理，可以將其研究方法分為兩大類:培養(yǎng)基法和非培養(yǎng)基法[2]，兩者的區(qū)別是微生物是否可被培養(yǎng)基進行培養(yǎng)。大量研究表明微生物氣溶膠受到氣象因素的影響。路瑞等[4]研究發(fā)現(xiàn)西安市不同天氣條件下可培養(yǎng)微生物氣溶膠的濃度變化為晴天<雨天<陰云天<霾天。王偉等[5]研究發(fā)現(xiàn)特殊天氣下微生物氣溶膠的濃度和粒徑分布存在差異，在灰霾天氣下可培養(yǎng)微生物的氣溶膠濃度遠高于非灰霾天時的濃度。

蘭州市地處西北內(nèi)陸，常年受風(fēng)沙天氣影響，空氣質(zhì)量較差。因此研究不同氣象條件下的可培養(yǎng)微生物氣溶膠濃度變化及分析氣象因素等對微生物的影響，具有重要的意義。

2 材料與方法

2.1 采樣地點與時間

采樣點設(shè)置在蘭州市蘭州交通大學(xué)環(huán)境與市政工程學(xué)院樓頂，采樣高度為樓頂上約1.5 m處。周圍主要是住宅區(qū)和教學(xué)區(qū)，無工業(yè)污染排放源。

采樣時間為2016年3月15～23日，固定于每天07:30～8:30、11:00～12:00、17:30～18:30三個時段分別進行采樣，取樣品平均值作為當(dāng)日可培養(yǎng)微生物氣溶膠的濃度水平。

2.2 采樣方法

采用Andersen六級空氣微生物采樣器(PSW-6)采集微生物氣溶膠。該采樣器模擬人呼吸道的解剖結(jié)構(gòu)和空氣動力學(xué)特征，采用慣性撞擊原理設(shè)計制造。采樣器分為6級，每級400個孔，從1～6級孔的直徑逐漸縮小，空氣流速逐次增大，從而把空氣中的帶菌粒子按大小不同分別捕獲在各級的培養(yǎng)介質(zhì)上。其主要性能參數(shù)見表1。

表1 PSW-6型空氣微生物采樣器各級特征

注：ECD為有效截留粒徑

采樣時空氣流量為28.3 L/min，采樣時間為10 min，同時監(jiān)測環(huán)境空氣溫度、相對濕度、風(fēng)速、PM10、PM2.5等環(huán)境因子。

2.3 培養(yǎng)方法

采用9 cm玻璃培養(yǎng)皿(已滅菌)，在無菌條件下加入約25 mL適應(yīng)于相應(yīng)微生物生長的培養(yǎng)基。采樣完成后，迅速將培養(yǎng)皿放入培養(yǎng)箱內(nèi)倒置培養(yǎng)。其中，細菌培養(yǎng)采用普通營養(yǎng)瓊脂平板(37 ℃，48 h)[6]，真菌培養(yǎng)采用沙氏培養(yǎng)平板(27 ℃，72 h)，放線菌培養(yǎng)采用高氏一號培養(yǎng)平板(27 ℃，120 h)。每次采樣前后，使用75%的酒精對采樣器各級進行擦拭。

2.4 數(shù)據(jù)分析

2.4.1 微生物氣溶膠濃度

分別對各級采樣器培養(yǎng)皿進行菌落計數(shù)，為避免培養(yǎng)皿上微生物粒子的重疊現(xiàn)象，可采用Positive-hole[6]對菌落數(shù)進行校正處理：

(1)

式(1)中，Pr和ri分別表示校正后菌落數(shù)和實際菌落數(shù)，N為采樣器各級采樣孔數(shù)。

然后根據(jù)采樣時間t和采樣流量Q，由式(2)計算各級微生物氣溶膠的濃度。

(2)

式(2)中：ci為大氣微生物氣溶膠濃度，以菌落形成單位表示，CFU/m3；t為采樣時間，min；Q為采樣空氣流量，28.3 L/min；Ni為6級采樣器上獲得的有效菌落數(shù)之和，CFU。

2.4.2 統(tǒng)計方法

該研究圖標繪制主要采用Origin8.5。利用SPSS19.0對試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計學(xué)分析，當(dāng)P<0.05時，表示在95%置信區(qū)間內(nèi)具有統(tǒng)計學(xué)意義上的顯著差異。

3 結(jié)果與討論

3.1 降雨對微生物濃度的影響

圖1為降雨前后可培養(yǎng)微生物氣溶膠濃度變化的檢測日均值。由圖1可見，可培養(yǎng)微生物氣溶膠濃度的變化為雨前(682 CFU/m3)>雨中(463 CFU/m3)>雨后(297 CFU/m3)。在降雨開始到結(jié)束的過程中，可培養(yǎng)細菌、真菌、放線菌氣溶膠的濃度有著不同程度的降低，其中可培養(yǎng)細菌氣溶膠的濃度降低26.4%，可培養(yǎng)真菌氣溶膠的濃度降低57.6%，可培養(yǎng)放線菌氣溶膠的濃度降低94.5%。韓燕等[7]研究發(fā)現(xiàn)，降雨對空氣中的顆粒物具有明顯的沖刷作用。

圖1 降雨前后可培養(yǎng)微生物氣溶膠濃度的變化

3.2 沙塵對微生物濃度的影響

圖2為沙塵前后可培養(yǎng)微生物氣溶膠濃度變化的檢測日均值。由圖2可見，可培養(yǎng)微生物氣溶膠濃度的變化為沙塵后(2790 CFU/m3)>沙塵中(2566 CFU/m3)>沙塵前(1918 CFU/m3)。沙塵發(fā)生后，蘭州總可培養(yǎng)微生物氣溶膠濃度均值是沙塵前的1.5倍。其主要原因為沙塵本身就攜帶大量的微生物，同時空氣中顆粒物的增加也為微生物的生存提供了有利條件。Griffin等[8]研究也發(fā)現(xiàn)沙塵到來時，隨著PM10的顯著上升，可培養(yǎng)微生物氣溶膠濃度均呈現(xiàn)數(shù)量級的劇烈增長。

圖2 沙塵前后可培養(yǎng)微生物氣溶膠濃度的變化

3.3 微生物與氣象因素、大氣顆粒的相關(guān)性

為了探究采樣期間沙塵天氣狀況下氣象因素對可培養(yǎng)微生物氣溶膠濃度分布的影響，對沙塵天氣狀況下可培養(yǎng)微生物氣溶膠濃度與風(fēng)速、溫度、濕度與空氣顆粒物濃度的關(guān)系進行了Spearman相關(guān)性分析(表2)。

表2 微生物氣溶膠濃度與氣象因子的相關(guān)性

注：*表示在0.05水平(雙側(cè))上相關(guān)性是顯著的；**表示在0.01水平(雙側(cè))上相關(guān)性是顯著的

由表2可知，在沙塵天氣時，可培養(yǎng)微生物氣溶膠濃度與PM10和PM2.5呈正相關(guān)性，其原因是沙塵導(dǎo)致PM10、PM2.5出現(xiàn)上升趨勢，同時沙塵攜帶大量微生物。溫度與可培養(yǎng)微生物氣溶膠濃度呈負相關(guān)。濕度和風(fēng)速與可培養(yǎng)微生物氣溶膠濃度呈不明顯的正相關(guān)，或者負相關(guān)，其主要原因是隨著沙塵天氣的到來，氣象因子的波動較大。

4 結(jié)論

(1)降雨時，降雨可以有效沖刷大氣中的微生物氣溶膠粒子，降低微生物氣溶膠的濃度。

(2)沙塵天氣出現(xiàn)時生物氣溶膠中總微生物濃度顯著增加，濃度變化上細菌氣溶膠變化最大，漲幅上真菌氣溶膠漲幅最大。

(3)沙塵天氣時，可培養(yǎng)微生物氣溶膠濃度和ρ(PM2.5)、ρ(PM10)呈正相關(guān)，與溫度呈負相關(guān)，與濕度和風(fēng)速的相關(guān)性不顯著。